绿叶菜机械化采收技术关键要素及应用与发展前景研究_张立.pdf

Z H O N G Z I S H I J I E D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 8 0 7 1 2 0 2 5 1 2 0 5 1 农业机械N 绿叶菜种类繁多 涵盖生菜 油麦菜 小白菜 菠菜等多个品 种 具有生长周期短 供应频次高 市场波动快等特点 在蔬菜生 产的全过程中 采收作为决定商品化品质和产后损耗的关键环 节 其效率和精度直接关系到种植效益与终端销售水平 受限于 其叶片柔嫩 水分含量高 抗压能力弱等生理特性 传统人工采 收尽管具备灵活性 但在人力成本日益上涨和劳动力老龄化背 景下 其局限性日益显现 与此同时 绿叶菜的栽培环境日趋多 样 从露地 大棚到设施水培 对采收方式的技术适应性提出了 更高要求 在这一背景下 推动绿叶菜采收环节的机械化升级 不仅是保障蔬菜供应链效率的现实需求 也是现代农业发展水 平的重要体现 1绿叶菜采收技术的基本原理与发展现状 1 1绿叶菜采收的农业特点与技术需求 绿叶菜类作物具有叶片薄 组织水分含量高 抗压能力差等 显著生理特征 1 在采收过程中 稍有不当便会造成叶片撕裂 挤 压 脱水 进而影响商品品质与保鲜周期 此外 不同品种在株 高 叶展 根茎结构等方面存在差异 使得机械采收必须具备良 好的作物识别能力和柔性操作性能 为满足实际需求 采收技术 应兼顾精准定位 低损作业 整齐切割及后续处理的衔接能力 构建从田间到分选全流程的高效采收体系 1 2传统采收技术的应用现状与不足 当前我国绿叶菜采收以人工为主 虽能适应复杂田间情况 但劳动强度大 效率低下 难以匹配规模化生产节奏 在多轮采 收和密集上市期 人工短缺问题尤为突出 且操作标准不一 不 仅影响采收一致性 还容易产生质量波动 部分地区虽已尝试小 型半自动设备 但存在适应性差 采净率不高 易造成作物损伤等 问题 整体仍难以满足现代农业对高效率与高质量并重的要求 1 3国内外采收技术发展趋势与创新方向 发达国家在绿叶菜采收机械化方面起步较早 多采用视觉 识别 气动夹持 自动导航等高端技术 实现了精准作业和自动 化控制 在温室环境中配备的轨道式采收机器人已可完成识别 切割 搬运等一体化操作 相比之下 我国虽起步较晚 但随着设 施农业发展和智能装备推进 绿叶菜采收技术逐渐向柔性化 信 息化方向发展 今后 推动采收装置的模块化设计 环境适应性 增强及智能感知集成将成为技术演进的关键 2绿叶菜采收技术的关键技术要素 2 1采收方法的优化与选择 机械采收方法的选择直接关系到采收效率与菜品完好率 需依据作物结构 生长方式和产地种植条件进行科学匹配 当前 应用较多的方式包括剪切式 夹持式 吸附式三类 剪切式采收 结构简单 适用于叶片宽大 根部集中生长的绿叶品种 如油麦 菜与奶白菜 夹持式适合株型紧凑 田间密度高的栽培方式 能 够实现较精细的采摘操作 吸附式利用气流牵引叶片进行柔性 提拉 适用于湿度较高 叶片易折的品种 如生菜与苦菊 在南方一带的设施农业中 普遍采用宽畦密植模式 作物种 植紧密 传统设备在机体通过性和作业稳定性方面常受到限制 某无土栽培基地通过定制电动轨道式夹持采收装置 搭配调压 机构与作物识别系统 使设备能在高湿环境中保持精准切割和 绿叶菜机械化采收技术关键要素及 应用与发展前景研究 张立 上海市崇明区蔬菜科学技术推广站2 0 2 1 5 0 摘要 绿叶菜作为日常消费量较大的蔬菜品类 其采收环节对效率与品质有着极高要求 受制于植株柔嫩 易损伤 种 植模式多样等特点 传统人工采收方式难以满足现代农业规模化 标准化的生产需求 近年来 随着农业机械装备水平不断提 升 绿叶菜采收的机械化进程逐渐加快 成为行业关注的技术重点 本文围绕绿叶菜机械化采收中的关键技术展开分析 探讨 采收方法优化 损伤控制手段及品质保持技术 结合栽培模式与绿色农业发展趋势 提出适应性与智能化的技术发展方向 以 期为相关装备研发与推广提供参考 关键词 绿叶菜 机械化采收 损伤控制 保鲜技术 1 5 3 Z H O N G Z I S H I J I E 种子世界 2 0 2 5年第1 2期 总第5 0 5期 柔和收集 绿叶菜平均破损率控制在6 以内 显著低于人工采 收的1 0 左右 据国内农业机械推广中心数据 截至2 0 2 4年 绿叶类蔬菜 的机械采收率不足1 0 远低于根茎类作物超过6 0 的水平 其 核心制约因素即为作业方式匹配不佳与作物适应性差 因此 推 动采收方式从单一粗放向定制化与组合化演进 是提升适用性 与效率的关键路径 2 2采收过程中的损伤控制技术 损伤控制是机械采收的技术瓶颈之一 尤其对绿叶菜这类 水分含量高 组织脆弱的作物更为关键 采收时发生的机械剪 切 夹持 输送及叶片翻滚等动作中 任一环节控制不当都会造 成破叶 断茎 压痕等不可逆的商品性损伤 2 机械夹持系统是最容易引起外伤的位置 研究表明 绿叶菜 细胞膜承受压力超过0 4 5 N c m 2 时会发生不可逆破裂 超过 0 6 N c m 2 则会导致细胞组织内水分迅速流失 从而使采后新鲜度 显著下降 针对这一特点 部分新型设备引入了具备自适应张力 反馈的柔性夹持技术 在广西南部某温室基地进行的测试中 一 款采用仿生硅胶材料与气动驱动的夹持结构 根据叶柄粗细动 态调整夹持压力 成功将采收过程中叶片破损率从原有的8 6 降低至2 9 该装置还配备了光学识别单元 可区分叶片重叠区 域与主干走向 进一步提升了操作精准度 切割单元是第二个高风险损伤点 传统旋转式割刀存在对 茎部造成拉扯和断面毛糙的问题 尤其是在土壤湿滑 叶片粘连 的环境下 刀具易发生堵塞或偏切 为此 有研究机构开发出一 种具备微振动控制功能的切割系统 该系统通过超声波微调切 割路径 使刀刃始终与茎部保持垂直 并在切割前轻微分离叶 片 福建南部某智能农业基地试验显示 该设备在采收油菜心时 将切面损伤面积平均缩小4 2 切断成功率提升1 2 3 大幅提 升了商品整洁度 在采后传输过程中 品质保持同样关键 许多绿叶菜种植区 在设备输送环节引入了缓冲轨道与弹性输送带技术 有效减少 运输过程中的跳动和翻滚 通过设置传感器监测输送带速度与 坡度变化 实现对采收单元与输送模块的同步控制 从而降低撞 击强度 以广东某绿叶菜冷链园区为例 采用柔性输送装置的采 收系统在生菜运输阶段平均叶片压痕减少3 3 完整率由7 8 提升至9 1 2 3采收后的品质控制与延长保鲜技术 绿叶菜的保鲜问题是商品化价值实现的另一关键点 采后 若不及时进行冷链处理 通常6小时内叶片将发生明显萎蔫 2 4 小时内水分流失将达到1 3 以上 严重影响商品质量与货架期 不同于果蔬类较为坚实的农产品 绿叶菜对温度变化极为敏感 最佳预冷温度一般控制在1 4 之间 目前 常用的采后保鲜方式包括真空预冷 强制风冷 水冷 处理与气调贮藏 其中 真空预冷因其冷却速度快 效率高 在南 方湿热地区应用较广 如珠三角地区部分集约型菜场 通过引入 采后5分钟内进入真空预冷舱的技术 使得采后1 2小时内失水 率控制在3 以下 叶色保持度接近新鲜状态 商品退货率从原 来的9 1 降低到2 5 在包装与物流环节 气调保鲜技术 M o d i f i e d A t m o s p h e r e P a c k a g i n g M A P 日益普及 该技术通过调整包装袋内的气体组 成 一般为低氧高二氧化碳环境 抑制呼吸作用 延缓衰老过程 实验数据显示 小白菜在M A P处理条件下贮藏于3 环境中 5 天后叶绿素含量仅下降6 7 而普通敞开包装下降幅度超过 2 0 此外 当前已有部分采收系统将M A P预处理功能嵌入终端 采集装置 实现从采收到气调包装的一体化流水线 物流环节也逐步实现数字化管理 通过引入R F I D标签 温 湿度实时监控模块与区块链追溯系统 不仅可以对每一批次蔬 菜实现来源记录 运输环境可视化 还能在物流端及时发现温度 异常 传输故障等潜在风险 某南方地区的冷链物流平台接入温 度云控系统后 能够将运输途中因温控异常造成的品质退货率 由原来的6 降低至不足1 品质控制的延伸还体现在品类分级与初加工处理 部分集 约化采收系统已经集成了智能分级单元 依据叶片大小 颜色 厚度等参数进行自动筛选 避免品质参差不齐影响整批货值 更 先进的系统配备了洗净风干一体设备 在采后数分钟内完成前 处理环节 极大提升了周转效率与卫生保障水平 3绿叶菜采收技术的适应性研究与应用前景 3 1不同栽培模式下采收技术的适应性分析 绿叶菜种植具有明显的地域差异性与模式多样性 尤其在 南方地区 气候温暖湿润 季节更替频繁 常见的栽培方式包括 露地种植 高畦栽培 大棚设施栽培及无土栽培等 3 这些模式在 作物株高 植株排列密度 田间湿度和空间结构方面存在显著差 异 直接影响采收设备的行走稳定性 路径识别精度及操作空间 以露地高畦栽培为例 田块间高低起伏明显 畦宽多在8 0 1 0 0厘米之间 作物排列紧密 利于自然通风和病害控制 但对采 收设备的底盘离地高度调节和轮距精度匹配提出更高要求 部 分南方种植基地引进配有地形仿形模块的履带式采收平台 通 过液压支架系统调节履带与地面的接触角 实现复杂地形下的 平稳行走与精准采收 设备运行稳定 破损率低 日均采收面积 达1 2亩 远高于人工2 5亩的平均水平 有效缓解季节性劳动力 1 5 4 Z H O N G Z I S H I J I E 农业机械N 紧张问题 在大棚栽培条件下 空间相对封闭 作物密度更高 对采收 设备的灵活性与空间感知能力提出挑战 某设施农业园区推广 的轨道式柔性采收系统 配有嵌入式视觉识别摄像头与轨道导 航装置 可在温室高度不足1 8米的环境中自如运行 适用于菜 心 奶白菜等低矮品种的快速采收 设备可在5分钟内完成1平 方米区域内约2 0株绿叶菜的采收 转运与初级分级作业 误伤 率低于2 3 作业节奏稳定 适合连作高频率的生产模式 在无土水培环境中 绿叶菜根部暴露于养液之上 对采收作 业的精度要求更高 为避免损伤根槽或污染营养液 多数基地采 用真空吸附与升降平台结合的采收装置 通过负压吸附提起植 株 再进行定点切割 有效防止叶片断裂与液面扰动 该系统在 南方某立体种植企业使用后 采收效率提升3 7 人工需求量下 降超过6 0 通过设备结构优化与种植数据反馈联动 逐步构建 适应多样栽培模式的参数调节机制 显著增强了采收装备的适 用性与作业质量 3 2绿色农业与可持续发展对采收技术的影响 绿色农业的发展理念正重塑绿叶菜的采收方式 核心转变 体现在能耗控制 过程柔和性提升与作业管理数据化 采收作为 田间管理的关键环节 其效率与质量直接影响农产品的商品性 与流通表现 部分种植区通过更新作业方式 降低了能源消耗 中国农业机械化协会2 0 2 3年数据显示 南方设施农业区域约 4 8 的采收作业已实现电动化 能耗平均降低超过2 0 以某蔬 菜园区为例 锂电平台单次充电可连续作业6小时 每日节省柴 油约5升 年均碳排放减少超过9 0 0千克 为绿色种植提供有力 支撑 采收动作的柔和性也成为改进重点 为减少对叶片的压伤 与撕裂 部分区域调整了接触方式 有效降低了损伤率 实测数 据显示 经优化后的方式使菜品损伤率下降约1 3 提升了外观 完整度 也减轻了筛选分拣压力 加快了从采收到入库的衔接 这一变化改善了商品性 提升了采后各环节的衔接效率 并为冷 链运输与储存提供更整洁 稳定的原料基础 随着信息系统嵌入 采收流程由经验驱动向数据驱动转变 在试点区域 通过实时记录采收面积 单株质量和损耗比例 管 理者可掌握作业进度与瓶颈 某农业科技企业研发的 智慧采收 系统 投入使用后 采收效率提升2 2 标准化程度提高近3 0 系统还能生成作业报告 辅助调度策略制定 并具备路径优化功 能 减少遗漏和重复 部分采收流程还同步整合田面清理与残叶 收集动作 减少残留干扰 为后续物流与加工奠定基础 总体来 看 绿叶菜采收正加速向高效 协调 洁净的方向发展 契合绿色 农业的核心目标 3 3未来采收技术的创新方向与发展前景 面向未来 绿叶菜采收将在智能化 集成化和定制化方向持 续深化 以适应多样化作物与复杂种植环境的实际需求 采收环 节的优化不再局限于工具操作 更依赖感知 识别和决策能力的 增强 其中 智能感知系统成为关键突破口 借助视觉识别与深 度学习技术 可实现图像采集 作物识别 成熟度判断和路径优 化 南方某科研机构研发的图像识别系统 利用卷积神经网络定 位叶片边缘与根部 采收判断准确率达9 4 7 较传统方式提升 1 1个百分点 展现出算法对复杂作业环境的良好适应性 集成化的发展推动采收流程走向一体化与柔性协同 一些 企业探索将 采收 分拣 装箱 等环节联动处理 通过模块化 设计支持不同作物的快速切换与策略调整 系统应用后 原需5 人协同的操作流程压缩至2人 作业时间减少4 0 显著提升了 流程衔接效率和作业节奏的有序性 为集约化生产提供了可行 支撑 在多样作物 季节变化频繁的背景下 这种灵活应对与高 效协同显得尤为重要 自主决策能力也在持续增强 依托边缘计算与数据闭环处 理 作业系统可实时感知作物分布 行距变化与环境湿度等参 数 保障作业响应的实时性与精准性 4 在地形复杂或高湿环境 下 仍能维持8 5 以上的判断准确率 适用于典型南方气候条 件 配合路径动态调整与多点协同机制 采收效率和作业稳定性 显著提升 绿叶菜机械化采收不仅关乎生产效率的提升 更体现了农 业现代化水平与技术适应力的深度融合 在柔性控制 智能识别 与绿色作业等关键领域的持续突破 使机械设备逐步具备替代 人工的现实能力 面对多样化的栽培模式与绿色发展理念的不 断推进 采收技术需要不断优化协同能力与生态兼容性 以更高 的标准满足生产实践需求 未来 推动技术集成与智能决策协同 演进 将成为构建高效 可持续蔬菜供应体系的核心支撑 参考文献 1 杨晓峰 张兆辉 姜玉萍 等 青菜全程机械化生产关键技术研 究初报 J 上海农业学报 2 0 1 4 3 0 1 9 4 9 6 2 刘永军 张兆辉 朱红芳 菜心机械化生产关键技术 J 长江蔬 菜 2 0 2 1 2 4 5 9 6 0 3 张兆辉 陈春宏 杨晓峰 等 上海地区绿叶蔬菜机械化生产装 备 J 长江蔬菜 2 0 1 9 2 3 1 7 1 8 4 孟恒宇 张兆辉 阎君 等 上海地区菠菜机械化生产关键技术 J 长江蔬菜 2 0 2 0 2 3 6 7 1 5 5